Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор 12
1.1 Современные тенденции в ассортименте и технологии продуктов функционального назначения 12
1.2 Использование бифидобактерий и способы повышения их биохимической активности при производстве кисломолочных продуктов
1.2.1 Значение бифидобактерий для организма человека 14
1.2.2 Особенности производства бифидосодержащих молочных продуктов
1.3 Макроэлементы и микроэлементы как фактор интенсификации молочнокислого процесса 21
1.4 Использование обезжиренного молока и молочной сыворотки для производства продуктов с функциональными свойствами 24
1.5 Заключение по обзору литературы 30
ГЛАВА 2. Организация работы, объекты и методы исследований 32
2.1 Организация проведения эксперимента 32
2.2 Объекты исследований 35
2.3 Методы исследований
2.3.1 Методы физико-химических и реологических исследований 36
2.3.2 Методы микробиологических исследований 39
2.3.3 Органолептические методы исследований 40
2.3.4 Математические методы исследований 43
ГЛАВА 3. Определение состава поликомпонентной закваски для пробиотических творожных продуктов и подбор минеральной композиции стимулирующей развитие бифидобактерий в молоке 44
3.1 Изучение активности развития бифидобактерий в молоке 44
3.2 Исследование совместного развития бифидобактерий и молочнокислых бактерий 46
3.3 Исследование влияния минеральных элементов на активность развития бифидобактерий и молочнокислых бактерий 56
3.3.1 Исследование минерального состава молока 56
3.3.2 Исследование влияния некоторых минеральных элементов на развитие бифидобактерий в молоке 59
3.3.3 Исследование влияния некоторых минеральных элементов на развитие молочнокислых бактерий в молоке 65
3.3.4 Исследование влияния биойода и гемобина-на развитие бифидобактерий и молочнокислых бактерий в молоке 71
3.4 Изучение совместного влияния биойода и гемобинана активность развития заквасочной микрофлоры и подбор минеральной композиции, стимулирующей развитие бифидобактерий в молоке 75
ГЛАВА 4 Разработка технологии творожных продуктов с пробиотическими свойствами 81
4.1 Выбор молочной основы для пробиотических творожных продуктов 81
4.2 Изучение влияния технологических факторов на свойства пробиотических творожных продуктов 81
4.2.1 Исследование влияние способа коагуляции на структурно механические свойства сгустка и показатели качества пробиотических творожных продуктов 81
4.2.2 Исследование влияния температуры пастеризации и кислотности сгустка на влагоудерживающую способность, структурно-механические и органолептические свойства пробиотических творожных продуктов 85
4.3 Изучение возможности использования наноконцентрата творожной сыворотки в технологии пробиотических творожных продуктов 92
4.3.1 Исследование влияния наноконцентрата творожной сыворотки на органолептические показатели и консистенцию пробиотических творожных продуктов 92
4.3.2 Исследование влияния наноконцентрата творожной сыворотки на показатели качества аэрированного творожного продукта с пробиотическими свойствами 98
4.4 Разработка технологической схемы и установление основных технологических режимов производства пробиотических творожныхпродуктов 107
ГЛАВА 5 Исследование свойств пробиотических творожных продуктов 111
5.1 Изучение биологической ценности пробиотических творожных продуктов 111
5.2 Характеристика пищевой и энергетической ценности пробиотических творожных продуктов 114
5.3 Изучение свойств пробиотических творожных продуктов в процессе хранения и установление срока их годности 115
Заключение 120
Список сокращений и условных обозначений 122
Список литературы
- Использование бифидобактерий и способы повышения их биохимической активности при производстве кисломолочных продуктов
- Методы физико-химических и реологических исследований
- Исследование влияния биойода и гемобина-на развитие бифидобактерий и молочнокислых бактерий в молоке
- Характеристика пищевой и энергетической ценности пробиотических творожных продуктов
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время кисломолочные продукты, в том числе, творожные, характеризующиеся высокой пищевой и биологической ценностью, являются одними из наиболее востребованных среди населения. В связи с этим расширение ассортимента, повышение качества и безопасности, усиление функциональных свойств кисломолочных продуктов, в значительной степени определяемые интенсивностью и направленностью микробиологических процессов при их производстве, приобретают больше значение.
Значительный вклад в научное развитие производства продуктов функционального назначения внесли работы В.И. Ганиной, Н.Б Гавриловой, Л.В. Голубевой, А.В. Гудкова, И.А. Евдокимова, Л.А. Забодаловой, З.С. Зобковой, Н.Н. Липатова, Л.А. Остроумова, С.А. Рябцевой, Ю.Я. Свириденко, В.Ф. Семенихиной, Н.А. Тихомировой, И.С. Хамагаевой, В.Д. Харитонова, А.Г. Храмцова и других.
Одним из распространенных способов обогащения молочных продуктов пробиотическими микроорганизмами является использование их в составе заквасочной микрофлоры, что, однако, создает определенные трудности для промышленного производства в результате низкой скорости роста и кислотообразования пробиотических культур в молоке и повышает вероятность реализации микробиологических рисков, связанных с развитием посторонней, в том числе, условно-патогенной и патогенной микрофлоры.
Для повышения биохимической активности заквасочной микрофлоры в процессе сквашивания и направленного регулирования микробиологических процессов при производстве кисломолочных продуктов целесообразно использование определенных стимуляторов роста, в качестве которых могут выступать специально подобранные композиции минеральных элементов, необходимых для нормального развития микроорганизмов и не вырабатываемых микробной клеткой.
Особую ценность представляют белковые кисломолочные продукты,
производимые на основе обезжиренного молока с использованием концентратов
молочной сыворотки, что дает возможность получения низкокалорийных
продуктов с повышенной биологической ценностью, а также обеспечивает
повышение эффективности переработки молока за счет внедрения
ресурсосберегающих технологий. Для улучшения вкусовых качеств молочных продуктов с пониженным содержанием жира перспективно применение аэрирования.
В связи с этим, актуальны исследования в направлении разработки технологии обогащенных пробиотической микрофлорой творожных продуктов, вырабатываемых на основе вторичного молочного сырья, повышения их качества и безопасности путем интенсификации микробиологических процессов производства.
Цель работы и задачи исследований. Целью работы является разработка технологии творожных продуктов на основе белково – углеводного молочного сырья с включением в состав закваски пробиотических культур (бифидо- и лактобактерий) и повышение активности их развития в процессе сквашивания путем направленного регулирования минерального состава молока.
Для достижения поставленной цели в работе определены следующие задачи:
подобрать состав поликомпонентной закваски для творожных продуктов с пробиотическими свойствами;
изучить минеральный состав молока и влияние некоторых минеральных элементов на рост бифидобактерий и молочнокислых бактерий и установить состав композиции минеральных элементов, оказывающей стимулирующее влияние на активность развития заквасочной микрофлоры;
разработать основные технологические режимы производства творожных продуктов, обогащенных пробиотической микрофлорой, на основе вторичного молочного сырья;
- исследовать возможность использования наноконцентрата творожной
сыворотки в рецептурах творожных продуктов и установить рациональную долю
его внесения для повышения биологической ценности, улучшения
органолептических свойств и консистенции продуктов;
- исследовать свойства пробиотических творожных продуктов в процессе
хранения и установить срок их годности;
- разработать комплект технической документации на производство
творожных продуктов с пробиотическими свойствами и провести их
промышленную апробацию.
Научная новизна. Выявлены закономерности совместного развития бифидобактерий с молочнокислыми бактериями в молоке и определен состав поликомпонентной закваски, содержащей бифидобактерии, ацидофильную палочку и лактококки, обеспечивающий пробиотические свойства творожных продуктов.
На основании исследования минерального состава молока и влияния
некоторых минеральных элементов на развитие бифидобактерий и
молочнокислых бактерий в молоке предложен состав композиции минеральных компонентов, оказывающей стимулирующее действие на активность их роста и кислотообразования.
Экспериментально подтверждена целесообразность использования
наноконцентрата творожной сыворотки в составе рецептур и установлена
рациональная доля его внесения для получения обогащенных пробиотической
микрофлорой творожных продуктов с повышенной биологической ценностью и
улучшенными органолептическими свойствами. Показана возможность
получения аэрированных творожных продуктов с пробиотическими свойствами.
Практическая значимость. Основные результаты исследований нашли практическую значимость в разработке технологии творожных продуктов, обладающих пробиотическими свойствами. Разработаны стандарт организации и технологическая инструкция на их производство (СТО 00432511-009-2016 и ТИ СТО 00432511-009-2016). Проведена опытно-промышленная проверка технологии
производства обогащенных пробиотической микрофлорой творожных продуктов в условиях ОАО «Учебно-опытный молочный завод ВГМХА имени Н.В. Верещагина». Новизна технических решений подтверждена получением патентов № 2515048 «Способ культивирования бифидобактерий в молоке», № 2580009 «Способ культивирования молочнокислых бактерий в молоке».
Результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке
бакалавров по направлению 19.03.03 «Продукты питания животного
происхождения».
Методология и методы исследования. Методологической основой
диссертации являются труды отечественных и зарубежных ученых в области
производства продуктов функционального назначения, использования
пробиотической микрофлоры при их получении.
При организации и проведении экспериментальных исследований применялись микробиологические, физико-химические, органолептические общепринятые и оригинальные методы определения показателей исследуемых объектов.
Положения, выносимые на защиту:
- обоснование состава поликомпонентной закваски, обеспечивающей
пробиотические свойства творожных продуктов;
- результаты исследования влияния некоторых минеральных элементов на
рост и кислотообразование бифидобактерий и молочнокислых бактерий в молоке
и обоснование композиции минеральных компонентов, оказывающей
стимулирующее влияние на активность их развития;
- обоснование технологических режимов производства пробиотических
творожных продуктов на основе вторичного молочного сырья;
- исследование свойств пробиотических творожных продуктов в процессе
хранения.
Степень достоверности результатов работы. Степень достоверности подтверждается: 3-5-кратной повторностью экспериментов с применением стандартных методов исследований; использованием современных поверенных
приборов и оборудования, имеющих установленный предел отклонений;
полученными данными со статистически достоверными различиями (р<0,05);
применением стандартных программ и общепринятых алгоритмов с
использованием регрессионного анализа и оптимизации.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на VII Научно
-практической конференции молодых ученых и специалистов отделения хранения
и переработки сельскохозяйственной продукции Российской академии
сельскохозяйственных наук (Москва, 2013 г); VI международной научно-
практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи – путь к
обществу, основанному на знаниях», секция инновационные технологии в
агропромышленном комплексе России и зарубежья, проходившей в рамках XIV
Всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи (Москва,
2014 г); Всероссийском конкурсе по Северо-Западному округу в номинации
«Технические науки» (Великие Луки, 2015 г); V Международной научно-
практической конференции «Современные достижения биотехнологии.
Актуальные проблемы молочного дела» (Ставрополь, 2015 г); Научно-
практических конференциях технологического факультета Вологодской ГМХА,
(Вологда 2013- 2015 гг).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 2 патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 172 страницах машинописного текста и включает введение, 5 глав, заключение, список литературы и приложения. Диссертация содержит 42 таблицы, 29 рисунков и 7 приложений. Библиографический список включает 201 наименование работ отечественных и зарубежных авторов.
Использование бифидобактерий и способы повышения их биохимической активности при производстве кисломолочных продуктов
В связи с этим при производстве бифидосодержащих молочных продуктов используются различные способы повышения активности их развития. Для этого применяется селекция штаммов бифидобактерий, способных размножаться без добавления ростовых веществ и защиты от кислорода или способных достаточно активно расти в молоке с добавлением минимального количества стимуляторов роста [38, 40, 42, 71, 130].
Для ускорения роста бифидобактерий в молоке используются специально подобранные стимуляторы: энзиматические гидролизаты молока, дрожжевые и растительные экстракты, минеральные вещества, лактулоза, олигосахариды и др. [28, 40, 75, 81, 119, 128]. Многие виды бифидобактерий нуждаются в биотине, пантотеновой кислоте, цистеине, рибофлавине, пуриновых и пиримидиновых основаниях, пептидах, аминосахарах, коферменте А, некоторых ненасыщенных жирных кислотах. Отдельные штаммы нуждаются в углекислом газе, аммиаке, гистидине [40]. В синтетических средах для них необходимы железо, магний, фосфаты, хлориды калия и натрия, в некоторых случаях – марганец [28, 40].
Установлено, что в гидролизатах молока, полученных с помощью различных ферментов (панкреатина, нейтральных протеиназ микробного происхождения, пепсина, сычужного порошка), скорость роста B. bifidum N1 в среднем составляла 0,06 ч-1, а урожай биомассы достигал от 30 до 400 млн. КОЕ/см3 [40]. Положительное влияние на развитие бифидобактерий оказывают: дрожжевой экстракт (в количестве 0,2 %), сок сои (20-50 %), экстракт картофеля, морковный и томатный соки. Опытным путем определено, что добавление в молоко 0,5-1,0 % кукурузного экстракта при 5 %-ной посевной дозе B. аdolescentis MC-42 сокращает продолжительность свертывания молока до 12-16 часов. [40]. Добавление бета-галактозидазы (активностью 900 ед./см3) в количестве 0,1-0,2 % к массе молока также ускоряет рост бифидобактерий [40]. В качестве стимуляторов роста возможно использование минеральных элементов в виде солей и лактата железа, сернокислой меди, сорбита [44, 59]. Известно, что в синтетической среде B. Bifidum нуждается в витамине В12 [40].
При производстве молочных продуктов необходимо учитывать влияние стимулирующих рост бифидобактерий веществ на органолептические показатели продуктов, а также изменение их свойств в процессе производства, например, при тепловой обработке, сквашивании и других технологических операциях [40]. В связи с этим большинство стимуляторов роста в основном применяются на этапах приготовления или активизации бактериальных концентратов [28, 129].
Ряд технологий бифидосодержащих продуктов предусматривает обогащение уже готового продукта, полученного традиционным способом, лиофилизированными бакконцентратами бифидобактерий [121]. Однако, доказано, что положительное влияние пробиотических культур на организм человека связано также с биологически активными соединениями, накапливающимися в процессе ферментации при выработке продукта [28,40, 71, 130].
Другим способом производства кисломолочных продуктов с бифидобактериями является использование совместного культивирования бифидобактерий и молочнокислых микроорганизмов [121]. При ферментации молока (или молочной основы) совместными культурами бифидобактерий и молочнокислых бактерий (при их специально подобранном определенном начальном соотношении) последние способны связывать растворенный в молоке кислород и снижать окислительно-восстановительный потенциал, создавая благоприятные условия для развития бифидобактерий (сами бифидобактерии не всегда могут снизить Eh среды до благоприятного для своего развития значения) [40, 42].
Установлено, что некоторые штаммы молочнокислых бактерий, таких как Lac. lactis, Lac. cremoris, Lac. diacetilactis, Str. thermophilus, Lbm. сasei, Lbm, acidophilus, при определенных условиях (посевная доза бифидобактерий – 5 %, молочнокислых бактерий – 0,5-0,005 %, температура культивирования 37С) способны оказывать стимулирующее влияние на развитее B. longum B-379 М и B. bifidum №1, повышая выход жизнеспособных клеток бифидобактерий в 3-5 раз по сравнению с их чистыми культурами [40, 174].
Положительное влияние молочнокислых бактерий на бифидобактерии связано также с их способностью синтезировать необходимые для бифидобактерий факторы роста. Так, например, количество клеток бифидобактерий способно увеличиваться при культивировании с некоторыми штаммами лактококков, Lbm. casei и Lbm. acidophilus, что обусловлено стимулирующим действием фолиевой кислоты, содержание которой в совместных культурах повышается [28, 40, 130]. Молочнокислые бактерии обладают более высокой -галактозидазной активностью в отличие от бифидобактерий, что способствует образованию бифидогенных продуктов трансгликозирования, ускоряющих развитие бифидобактерий при их совместном развитии в молоке [28, 40, 130]. Целесообразность совместного применения бифидобактерий и молочнокислых бактерий при производстве кисломолочных продуктов подтверждается активизацией кислотообразования в процессе сквашивания, что важно для снижения риска развития посторонней микрофлоры в промышленных условиях. При этом необходимо подбирать такие условия совместного развития бифидобактерий и молочнокислых микроорганизмов, чтобы последние, отличающиеся более высокой скоростью роста в молоке, не вытеснили бифидобактерии из совместных культур. Это обеспечит гарантированно высокое содержание жизнеспособных клеток бифидобактерий в готовых продуктах и их пробиотические свойства [28, 42, 130]. В связи с этим при производстве бифидосодержащих кисломолочных продуктов применяются бакконцентраты и DVS – культуры, содержащие в оптимальном соотношении бифидобактерии и молочнокислые бактерии (БК серии «Бифилакт», DVS – культуры серии «АВТ» и другие), или используются специально подобранные стимулирующие добавки, не изменяющие органолептические показатели продуктов [96, 97, 118]. Следует отметить, что на эффективность профилактического воздействия пробиотических продуктов, содержащих полезную для организма человека микрофлору, значительное влияние оказывают свойства используемых видов и штаммов бактерий. При выборе пробиотических культур (бифидобактерий, ацидофильной палочки и др.) в состав заквасочной микрофлоры необходимо учитывать такие свойства, как способность приживаться в кишечнике, антагонистическую активность по отношению к условно-патогенной и патогенной микрофлоре, устойчивость к антибиотикам [28, 40, 130].
Практическое значение для производства имеют следующие показатели: скорость роста и активность кислотообразования в молоке и молочных средах, кислотоустойчивость, стабильность сохранения свойств и жизнеспособности в процессе хранения продукта, сочетаемость видов и штаммов, используемых в составе многовидовой (многошатммовой) закваски, между собой, устойчивость к бактериофагам, способность обеспечивать выработку продукта с заданными органолептическими показателями и реологическими свойствами [28, 40, 130].
Таким образом, при производстве бифидосодержащих молочных продуктов необходимы специальные микробиологические и технологические приемы, повышающие биохимическую активность бифидобактерий, предотвращающие развитие посторонней микрофлоры и позволяющие получить продукты с заданными профилактическими свойствами.
Методы физико-химических и реологических исследований
Определение температуры осуществляли по ГОСТ 26754-85, титруемой и активной кислотности - по ГОСТ 54669-2011.
Массовую долю белка определяли на приборе Милко Скан ФТ 120 методом инфракрасной спектроскопии, а также по методу Кьельдаля с использованием анализатора Foss Tecator Kjeltec 2300. Массовую долю сухих веществ определяли на приборе Милко Скан ФТ 120, рефрактометрическим методом с использованием ИРФ-464 и методом высушивания навески по ГОСТ 3626-73. Массовую долю жира определяли по ГОСТ 5867-90. Определение меди, железа, цинка осуществляли по ГОСТ 30178-96, марганца – по ГОСТ 27997-88, йода – по МУ 31-07/04.
Определение общего аминокислотного состава производили с использованием анализатора Aracus методом постколоночной дериватизации нингидрином при его взаимодействии с аминокислотами и дальнейшем образовании окрашенных продуктов, которые определяются детектором. По формулам 2.1-2.7 рассчитывали аминокислотный скор, коэффициент утилитарности незаменимой аминокислоты, коэффициент сбалансированности аминокислотного состава, коэффициент разбалансированности аминокислотного состава, показатель «сопоставимой избыточности», индекс незаменимых аминокислот, коэффициент отклонений значений аминокислотного состава от эталонных: где Cj – скор j-й незаменимой аминокислоты по отношению к физиологически необходимой норме (эталону), % или доли ед.; Аj – массовая доля j-й незаменимой аминокислоты в продукте, г/100 г белка; Aэj – массовая доля j-й незаменимой аминокислоты, соответствующая физиологически необходимой норме (эталону), г/100 г белка; j - коэффициент утилитарности незаменимой аминокислоты; Cmin – минимальный скор незаменимых аминокислот оцениваемого белка по отношению к физиологически необходимой норме (эталону), % или доли ед.; U - коэффициент сбалансированности аминокислотного состава; R - коэффициент разбалансированности аминокислотного состава; - показатель «сопоставимой избыточности»; ИНАК - индекс незаменимых аминокислот; КОАС – коэффициент отклонений значений аминокислотного состава от эталонных.
Реологические характеристики кислотных сгустков определяли на ротационном вискозиметре Реотест 2.1. На основании проведенных опытов по формулам 2.8 - 2.12 определяли напряжение сдвига, эффективную вязкость, потерю вязкости, коэффициент механической стабильности и степень восстановления структуры:
Определение молочнокислых микроорганизмов осуществляли по ГОСТ 10444.11-2013. Метод основан на высеве определенного количества продукта и / или его разведений в жидкие или агаризованные питательные среды, культивировании посевов при оптимальных условиях и при необходимости определении морфологических и биохимических свойств обнаруженных микроорганизмов и их подсчете. Определение бифидобактерий осуществляли по МУК 4.2.999-00. Методика основана на способности бифидобактерий расти в питательных средах, разлитых в пробирки высоким столбиком, при температуре (38±1)С и образовывать в них через 24 – 72 часа колонии с типичными для бифидобактерий морфологическими характеристиками.
Временные параметры развития бифидобактерий (лаг-фазу, лог-фазу, стационарную фазу, фазу отмирания) определяли графически. Расчет средней удельной скорости роста микроорганизмов проводили по формуле 2.14: = 2,3(lgN – lgN0)/ (2.14) где – средняя удельная скорость роста микроорганизмов в час, КОЕ/см3; N0 - содержание микроорганизмов в среде до культивирования, КОЕ/см3; N - содержание микроорганизмов через часов культивирования, КОЕ/см3; – продолжительность культивирования, ч. Антагонистическую активность бифидобактерий и ацидофильных молочнокислых палочек по отношению к условно-патогенным микроорганизмам определяли методом диффузии в агар [115]. Бактерии группы кишечных палочек определяли по ГОСТ 32901-2014, дрожжи и плесневые грибы - по ГОСТ 10444.12-2013, определение патогенных микроорганизмов, в том числе, сальмонелл проводили по ГОСТ 31659-2012, Staphilococcus аureus – по ГОСТ 30347-97.
Органолептические показатели творожных продуктов оценивали с помощью профильного метода путем построения профилограмм вкуса, запаха и консистенции с использованием 5-балльной шкалы для оценки выраженности соответствующего показателя – дескриптора (табл. 2.2). Оценка по каждому дескриптору производилась по пятибалльной шкале в следующем порядке: 0 -признак отсутствует; 1 – только узнаваемый или ощущаемый признак; 2 – слабая интенсивность; 3 – средняя интенсивность; 4 – сильная интенсивность; 5 – очень сильная интенсивность признака [164].
Исследование влияния биойода и гемобина-на развитие бифидобактерий и молочнокислых бактерий в молоке
Для определения состава поликомпонентной закваски необходимо было изучить закономерности совместного развития бифидобактерий с молочнокислыми микроорганизмами. Результаты сравнения развития исследуемых культур бифидобактерий (Bifidobacterium bifidum №4, Bifidobacterium longum В 379 М, Bifidobacterium adolescentis С-54) в обезжиренном молоке при 5 % посевной дозе не выявили существенных различий в их биохимической активности. В качестве примера результаты дальнейших исследований представлены с Bifidobacterium bifidum №4.
С целью усиления пробиотических свойств продукта предложено использование в составе закваски невязких штаммов Lbm. acidophilus, а для придания продукта выраженного вкуса и аромата лактококков видов Lac. lactis, Lac. cremoris и Lac. diacetilactis.
Результаты антагонистической активности различных штаммов ацидофильных молочнокислых палочек (таблица 3.3), оцениваемой методом диффузии в агар, показали, что Lbm. acidophilus 100 характеризуется более высоким спектром антимикробного действия по сравнению с Lbm. acidophilus 20 Т. Исследование влагоудерживающей способности сгустков показало (рисунок 3.1), что сгустки, сквашенные Lbm. acidophilus 100, легче отделают сыворотку, что важно при производстве творожных продуктов. Таким образом, в состав поликомпонентной закваски совместно с бифидобактериями выбрана культура Lbm. acidophilus 100.
Антагонистическая активность различных штаммов ацидофильных молочнокислых палочек Вид бифидобактерий Зона угнетения роста тест-культур в агаровой среде, мм E. coli S. aureus S. albus С. albicans Lbm. acidophilus 100 22,35±0,18 24,62±0,21 26,48±0,25 20,95±0,19 Lbm. acidophilus 20 Т 21,22±0,19 23,56±0,22 25,36±0,28 19,55±0,16 Рисунок 3.1 - Влагоудерживающая способность кислотных сгустков, образуемых Lbm. acidophilus Выбраны культуры лактококков (Lac. lactis, Lac. cremoris и Lac. diacetilactis) традиционно используемых при производстве творога и творожных продуктов. Штаммы отобранны по синеретической активности, способности формировать в продукте выраженный кисломолочный вкус и аромат с учетом предварительных опытов.
При подборе рационального соотношения между бифидобактериями, ацидофильной палочкой и лактококками в составе заквасочной микрофлоры для творожных продуктов, обладающих пробиотическими свойствами, необходимо учитывать, что ацидофильная палочка, как активный кислотообразователь, может вытеснить бифидобактерии из совместных культур, что отрицательно повлияет на пробиотические свойства продуктов. При этом ацидофильная палочка способна достаточно активно развиваться в процессе обработки сгустка при пониженных температурах, так как обладает меньшей чувствительностью к снижению температуры по сравнению с бифидобактериями.
Для исследования закономерностей совместного развития бифидобактерий и молочнокислых бактерий заквашивание обезжиренного молока выбранными культурами проводили одновременно, посевные дозы составили: для бифидобактерий (3-5)%, ацидофильной палочки – (0,25 – 1) % и лактококков – (0,5 – 1) %. Выбор посевных доз сделан с учетом скорости роста микроорганизмов по результатам предварительно проведенных опытов и литературных данных [10, 41, 42, 130]. Сквашивание обезжиренного молока осуществляли до образования достаточно прочного сгустка при температуре (37±1)С. Выбрана температура, оптимальная для развития бифидобактерий, так как они отличаются пониженной биологической активностью в молочных средах. Эта температура оптимальна для развития и ацидофильной палочки. Для того, чтобы ацидофильная палочка и лактококки, которые отличаются более высокой скоростью роста и кислотообразования, не вытеснили бифидобактерии из совместных культур, выбраны более низкие их посевные дозы. В качестве контроля в опытах использовали чистую культуру бифидобактерий.
Выявлено, что нарастание кислотности в процессе сквашивания поликомпонентными заквасками повышалось с увеличением в них доли ацидофильной палочки и лактококков (таблица 3.4). Средняя скорость кислотообразования в обезжиренном молоке при сквашивании его совместными культурами была выше в 1,6 – 3,4 раза по сравнению с чистой культурой бифидобактерий в зависимости от посевной дозы молочнокислых бактерий.
Установлено, что бифидобактерии достаточно активно развивались в совместных культурах при дозах ацидофильной палочки, равных 0,25-0,5 %, лактококков – 0,5-1 %. Так, выход жизнеспособных клеток бифидобактерий в этих опытных вариантах был выше в 2,6-3 раза по сравнению с вариантами, содержащими 1 % ацидофильной палочки в поликомпонентной закваске. При этом содержание жизнеспособных клеток бифидобактерий в совместных культурах в конце сквашивания при соотношении бифидобактерий, лактококков и ацидофильных молочнокислых палочек, равном - (3,5:1:0,5), соответственно, было выше по сравнению с чистой культурой бифидобактерий (доза – 5 %) в 1,59 раза.
Характеристика пищевой и энергетической ценности пробиотических творожных продуктов
Исследования показали, что все виды опробуемых наполнителей достаточно хорошо сочетаются с белковой кисломолочной основой, повышают вкусовые качества продукта и улучшают аромат. Проведено определение рациональной доли внесения наноконцентрата творожной сыворотки с учетом добавления плодово-ягодного наполнителя. Диапазон изменения технологических факторов представлен в таблице 4.7. В качестве выходных параметров были выбраны органолептические показатели продукта (у1), балл.
Массовая доля наноконцентрата творожной сыворотки, % (х1) 10-50 Массовая доля плодово-ягодного наполнителя, % (х2) 12-24 Результаты опытных данных не выявили существенных различий в органолептических показателях и консистенции продукта в зависимости от вида наполнителя. В качестве примера приведены результаты с использованием облепихи, протертой с сахаром. Матрица планирования ортогонального центрально-композиционного плана 2-го порядка для двухфакторного эксперимента (=1,000, d=0,667) и усредненные по трем повторностям результаты этих опытов приведены в таблице 4.8.
На основании экспериментальных данных получено уравнение регрессии, отражающее зависимость изменения органолептических показателей от исследуемых факторов: у1= - 9,8194 +0,4416 х1–0,00708х12+1,7361х2-0,0439х22. Проведенная проверка значимости коэффициентов уравнения с помощью критерия Стьюдента показала (таблица 4.9), что все коэффициенты являются значимыми. В таблице 4.9, 4.10 представлены результаты дисперсионного и регрессионного анализов, подтверждающие адекватность полученной модели. Таблица 4.8 - Матрица планирования и результаты исследования № опыта Факторы в безразмерном масштабе Факторы в натуральном масштабе Выходной параметр
Анализ полученной зависимости показал (рисунок 4.9), что на органолептические показатели почти в равной степени оказывают влияние и доля наноконцентрата и доля плодово-ягодного наполнителя.
Члены уравнения Значение Стандартнаяошибка КритерийСтьюдента,t Уровень доверительнойвероятности,p Стандартизированныйкоэффициентрегрессии Свободный членрегрессии(b0) -9,8194 1,0268 -9,5624 0,000668 х1 0,4416 0,0180 24,5342 0,000016 4,17267 х12 -0,00708 0,00029 -24,041 0,000018 -4,08889 х2 1,73611 0,11839 14,6637 0,000126 4,92060 х22 -0,04398 0,00327 -13435 0,000178 -4,50831 Таблица 4.10 – Результаты дисперсионного анализа Переменная R2 Ri2 Rскор.2 F -критерий Уровень значимости у1 0,997932 0,995868 0,991736 241,000 0,000051
Изучение поверхности отклика и контурного графика для выходного параметра (органолептическая оценка) позволило установить рациональные доли внесения наноконцентрата творожной сыворотки (28-33 %) и плодово-ягодного наполнителя (18-20 %), которые обеспечивают лучшие органолептические показатели продукта.
В настоящее время, вызывают интерес кисломолочные продукты с взбитой структурой, обладающие не только высокой пищевой ценностью, но и отличными вкусовыми качествами. Принимая во внимание, что сывороточные белки проявляют пенообразующие и стабилизирующие свойства, изучена возможность использования наноконцентрата творожной сыворотки для получения взбитого творожного продукта. Исследовано влияние массовой доли наноконцентрата на степень взбитости продукта, характеризующую получение продукта с нежной, воздушной консистенцией. Для этого в молочно-белковую основу вносили наноконцентрат в количестве от 10 до 50 %, полученную смесь взбивали (температура взбивания – (20±2)С, частота вращения ротора - 800 об/мин, продолжительность взбивания – 2-3 мин) и охлаждали (до температуры (4±2)С) (условия получения молочно-белковой основы аналогичны пункту 4.3.1).
Результаты исследований показали, что добавление наноконцентрата положительно повлияло на степень взбитости продукта, увеличивая ее на 10-36 % по сравнению с продуктом, полученным только на основе обезжиренного молока без добавления наноконцентрата. Как видно из графика, представленного на рисунке 4.10, максимальное увеличение взбитости на 34-36 % наблюдается при внесении наноконцентрата творожной сыворотки в количестве 20-30 %, при этом продукт имеет нежную, воздушную консистенцию.
В формировании структуры взбитых продуктов важную роль играют стабилизационные системы, без которых нельзя сохранить желаемую консистенцию продукта. Для определения вида и концентрации стабилизатора изучали влияние желатина, традиционно используемого в составе стабилизационных систем для взбитых продуктов, и пектинола, характеризующегося улучшенными функциональными свойствами по сравнению с пектином, на влагоудерживающую способность и органолептические показатели продукта. В молочно-белковую основу перед взбиванием вносили 20 % наноконцентрата творожной сыворотки и предварительно подготовленный стабилизатор. В готовом продукте определяли влагоудерживающую способность и органолептические показатели по условной балльной оценке, приведенной в таблице 2.3. Предварительную подготовку стабилизаторов осуществляли в соответствии с рекомендациями по их использованию (стабилизаторы после набухания в 10-15 кратном объеме воды в течение 40-90 минут нагревали до температуры (65±2)С, выдерживали до полного растворения и фильтровали).
Исследование влагоудерживающей способности опытных вариантов показало, что оба стабилизатора положительно влияют на влагоудерживающую способность продукта (рисунок 4.11).
Более высокую устойчивость к синерезису проявили опытные образцы с использованием пектинола. Так при центрифугировании образцов с его добавлением в количестве 0,5 % выделалось около 12 % сыворотки, тогда как при внесении такого же количества желатина - 22,5 % сыворотки.
Органолептическая оценка опытных вариантов (рисунок 4.12) показала, что при низких концентрациях желатина (от 0,5 до 2,5 %) консистенция продукта была более жидкой, в процессе выдержки образцов наблюдалось отделение сыворотки. При увеличении дозы желатина (до 7,5 %) консистенция продукта становилась более вязкой.